暗挖法处理隧道坍方
2023-05-09 ｜ 来源：本网
作者：王远
【摘要】本文介绍暗挖法处理隧道坍方的施工方法及效果。 主要处理方法是稳定坡脚、喷射混凝土、封闭塌体，采用超小导管注浆封闭塌体，然后施工。
【关键词】隧道坍方 暗挖法 处理
1、概况
正阳隧道位于新建铁路渝(重庆)怀(怀化)线19标段重庆市黔江区内，隧道全长3364m，由于地质复杂，施工难度大，被渝怀总指列为60个重点工程之一。隧道地处中低山剥蚀地貌区，地形起伏大，部分地段为陡崖，缓坡地段辟为水田、旱田，部分地段分布灌木、丛林，陡坡地段岩层裸露。以灰岩为主，伴随有角砾岩、泥岩、灰岩夹页岩、页岩发育有溶洞、溶槽、节理裂隙发育。
2、前期施工情况及坍方过程
正阳隧道于2001年5月15日正式开工，采用全断面光面爆破法进行爆破施工，施工进度较为理想。2002年7月30 日，进口掌子面里程为DIK310+361，开挖揭示，从DIK310+353至掌子面全断面充填为软塑状粘土，DIK310+330～+353 段拱部及边墙岩层溶蚀较破碎，局部溶蚀充填粘土。8月2 日进口开挖至DIK310+366，格栅支护至DIK310+364，出口开挖至DIK310 +368为全断面充填粘土，掌子面充填物出现坍塌，隧道贯通，DIK310+364～+367段坍高约5米，上方仍为溶洞充填物，其后在处理过程中充填物多次发生小坍塌。8月7日，DIK310+360～+364段支护格栅被压垮，幸亏施工人员撤离及时未造成伤亡。 8月10日零晨4时该处出现突泥，涌出物为软塑～流塑状粘土，进口淤积至DIK310+337，出口淤积至DIK310+390，此时拱顶尚留有1.5米的空隙。 8月29日，进出口两边开始清理坍方物，9月14日，DIK310+360～+367段溶洞又开始塌落泥土，将整个贯通面封死。该溶洞拱顶埋深180米，此后两边继续清理坍方物，不时出现坍体向外面滑塌情况，最大的一次是10月10日，当时出口清理坍方物至DIK310+370处时，开始出现滑塌，塌至DIK310+382处。截至10月23日，进口清理至DIK310+352处，出口清理至DIK310+377处，拱顶仍未出现空隙。
3、坍方处理方案
正阳隧道此次的坍方量很大，拱顶溶洞大小及发育情况难于调查清楚，用常规的施工方法无法实施，目前坍体上部情况不明，拱顶有大量的坍方物，必须采用“暗挖”。原设计为大管棚法施工，而大管棚法造价高、机器搬运不便、管棚角度不好控制，经我们反复研究决定采用小导管注浆法。拟定坍方处理的基本原则是：不清坍体，对坍体不扰动，在坍体的下断面堆弃碎石堆成斜坡道，以便稳定坍方体及在上面施工，即：稳定坡脚，采用超前小导管(40mm)注浆封闭坍体施作混凝土护拱后暗挖通过坍体，(小导管注浆封闭坍体后立18#工字钢架，并做150cm厚的C30混凝土护拱支护)如图1所示。
4、坍方处理方法
坍方处理施工坚持“稳坍体、管超前、小进尺、多循环、强支护、少扰动、快封闭、勤量测、速反馈”的原则。
4.1坍体硬化
为了保证坍体的稳定性及方便施工，在坍体表层回填了碎石，掌子面喷射C20混凝土（20cm厚，分三次喷射），拱脚处设一平台，长6m宽6.5m，该平台的作用一是防止坍体继续滑塌，二是为超前小导管注浆、立18#工字钢拱架等提供方便。
4.2坍体混凝土护拱的设置
为了防止在处理坍方过程坍穴掉石块危及施工安全，并为暗挖通过坍体创造条件，根据现场实际，立拱架后需作1.5m厚的护拱。为保证护拱的稳固，混凝土等级采用C30。为确保护拱起到对坍穴腰部支撑的作用，打护拱时在不同的位置不同的角度予埋注浆管，管顶高于护拱的标高。为保证护拱不侵入二衬，施作时预留了10cm的沉降量.为保证其整体性，施作时各工序连续进行，一气呵成。
4.3拱部超前小管棚施工
4.3.1小导管的制作与布置
沿隧道拱部设计轮廓线环向设置超前小导管。超前小导管采用?40mm钢管，将其一端加工成30。左右的圆锥形，管身自圆锥形尖端5m范围内，在四周用电钻钻孔，互成90。，孔径6～8mm，同一面上环向间距3cm，纵向间距30cm，梅花形布置，小导管加工示意图如下：
拱部小导管管长6m，环向间距20cm，外插角16。～20。，纵向相邻两排导管搭接长度不小于2m。边墙的导管管长3m，斜插角70°～75°。
4.3.2小导管的打入方法
小导管采用人工锤击打入，使用时将管套（直径80mm的钢管与12*12cm大小的10mm厚钢板焊接而成）套在小导管上，锤击管套使导管打进。
注浆前用水泥袋绑扎导管口，喷射混凝土封闭坍体，防止浆液沿坍体表面流失。
4.3.3注浆施工
4.3.3.1注浆压力计算
根据注浆处地层深度来估算。注浆压力随注浆深度增加而增大，浅部增加率快，深部增加率慢。
P=ΚН式中 ｐ—设计注浆压力（终压值）Ｍｐａ
Ｈ－注浆处深度， ｍ
Ｋ—由注浆深度确定的压力系数，取值为：０．０３～０．０２８；
４．３．３．２注浆量计算
注浆量受围岩条件、浆液类型、浆液技术水平及围岩裂隙分布各向异性等多种因素影响，因此，计算的注浆量与实际的注入量相差很大，一般通过实验予以校正。设计时可用下式计算：
Ｑ＝Ａｎ１＋式中 Ｑ—总注浆量，ｍ３；
Ａ—注浆范围岩层体积，ｍ３
ｎ—围岩空隙率，％；
—浆液充填系数，一般在０．７～０．９之间；
—注浆材料损耗系数，通常０．１左右；
可把ｎ１＋统称为充填率％，此处的经验数值为２０～４０。
４．３．３．３注浆方式
注浆时采用一台双液注浆泵鹰达牌ＪＺＢ－２型挤压式注浆泵，额定工作压力：３Ｍｐａ出浆量：１．２～１．８ｍ３／ｈ，挤压电机功率：１．２／１．８ＫＮ输送管内径：﹖３８ｍｍ注浆，浆液配置：水泥浆水灰比：１１，水泥浆液与水玻璃体积比为：１０．４～１０．６，水玻璃波美度为Ｂｅ＝３５。
注浆顺序是先由两侧拱脚对称向拱顶注浆，然后由拱脚向边墙注浆，为保证开挖轮廓线外固结坍体有一定的强度，采取间隔注法，每个导管注２～３次，注浆时，先通过１＃管往里注浆（如图１所示），相邻管子管口用木塞堵住，浆液从１＃管输出时填筑１＃管周围一定范围，可通过４＃管观察。然后再经过４＃管往里注浆，施工一段时间后，发现在计算的最大压力下注浆，有浆液从１＃管流出，证明浆液已注满，停止注浆，注浆结束后，用木塞将管口堵住，以防止浆液外流。
４．４坍体开挖
坍体开挖分上、下半断面分部进行，上半断面开挖时先掏两侧的土，后掏中间的核心土，下半断面开挖时，分左右半断面开挖，两边交错进行。
４．４．１上半断面坍体开挖、支护上半断面坍体的开挖采用弧形开挖、保留核心土的方法进行。开挖时严格控制超欠挖，经围岩量测，每循环进尺为８０ｃｍ。弧形开挖完成后，立即进行初期支护，按５０ｃｍ间距架立工字钢拱架，工字钢拱架采用１８＃工字钢加工而成，钢架架立完成３榀后，做混凝土护拱一次。如此循环。
为防止拱架沉降，拱脚纵向铺设１８＃工字钢，铺工字钢之前在其下铺砂夹碎石垫层２０～３０ｃｍ（夯实），给铺设的工字钢沿边墙下方垂直搭接５０ｃｍ长的工字钢 以便和边墙的拱架密切连接。拱部拱架立好后，及时浇筑混凝土将拱脚以上、及纵向铺设的工字钢包住，拱脚上包约５０ｃｍ纵向铺设的工字钢包住为止。如下图所示：
４．４．２下半断面超前小导管及开挖支护施工当上断面开挖支护贯通后，在拱部拱架的拱脚处打锁脚小导管注浆，判定支护稳定的情况下进行下断面开挖，经围岩量测，每循环开挖进尺为１．５ｍ开挖时分左右断面进行，左边断面开挖１．５ｍ时立拱架３榀（间距５０ｃｍ）并作混凝土护拱，然后进行右边断面开挖，两边交错进行。
做完护拱，经设计院勘测隧底有一条近垂直线路的深切溶槽，该段边墙底采用钢轨过梁跨越，隧底取消仰拱，采用钢筋混凝土板跨越。
４．４．３处理坍方过程中的围岩量测
坍方处理阶段要严格进行围岩量测，每隔３ｍ建立一组围岩量测点，在初护完成之后二次衬砌之前，每隔６ｈ量测１次，并将量测结果及时反馈，使围岩活动处于有效监控之下。断面开挖循环进尺根据围岩量测情况随时作适当的调整。
５、成效
渝怀线正阳隧道ＤＩＫ３１０＋３５３～＋３７０段坍方于２００２年１０月３０日开始实施上述坍方处理方案的，用时４３天，１７ｍ坍方顺利处理完毕。实践证明，暗挖法处理隧道坍方安全、成本低、易于操作、时间短，是处理隧道大坍方的一种行之可效的施工方法。
６、体会
６．６．１为控制小导管的外插角在１６。～２０。左右，做了一简易支架，打导管时穿过该支架。
６．６．２因坍方使拱部背后存在较大空隙，初护时预留注浆管，完成初护时注浆密实。
６．６．３为保证初期支护不侵入永久衬砌断面内，施工时采用扩大拱脚的办法予以控制。
（作者：中铁七局三公司）
【关键词】隧道坍方 暗挖法 处理
1、概况
正阳隧道位于新建铁路渝(重庆)怀(怀化)线19标段重庆市黔江区内，隧道全长3364m，由于地质复杂，施工难度大，被渝怀总指列为60个重点工程之一。隧道地处中低山剥蚀地貌区，地形起伏大，部分地段为陡崖，缓坡地段辟为水田、旱田，部分地段分布灌木、丛林，陡坡地段岩层裸露。以灰岩为主，伴随有角砾岩、泥岩、灰岩夹页岩、页岩发育有溶洞、溶槽、节理裂隙发育。
2、前期施工情况及坍方过程
正阳隧道于2001年5月15日正式开工，采用全断面光面爆破法进行爆破施工，施工进度较为理想。2002年7月30 日，进口掌子面里程为DIK310+361，开挖揭示，从DIK310+353至掌子面全断面充填为软塑状粘土，DIK310+330～+353 段拱部及边墙岩层溶蚀较破碎，局部溶蚀充填粘土。8月2 日进口开挖至DIK310+366，格栅支护至DIK310+364，出口开挖至DIK310 +368为全断面充填粘土，掌子面充填物出现坍塌，隧道贯通，DIK310+364～+367段坍高约5米，上方仍为溶洞充填物，其后在处理过程中充填物多次发生小坍塌。8月7日，DIK310+360～+364段支护格栅被压垮，幸亏施工人员撤离及时未造成伤亡。 8月10日零晨4时该处出现突泥，涌出物为软塑～流塑状粘土，进口淤积至DIK310+337，出口淤积至DIK310+390，此时拱顶尚留有1.5米的空隙。 8月29日，进出口两边开始清理坍方物，9月14日，DIK310+360～+367段溶洞又开始塌落泥土，将整个贯通面封死。该溶洞拱顶埋深180米，此后两边继续清理坍方物，不时出现坍体向外面滑塌情况，最大的一次是10月10日，当时出口清理坍方物至DIK310+370处时，开始出现滑塌，塌至DIK310+382处。截至10月23日，进口清理至DIK310+352处，出口清理至DIK310+377处，拱顶仍未出现空隙。
3、坍方处理方案
正阳隧道此次的坍方量很大，拱顶溶洞大小及发育情况难于调查清楚，用常规的施工方法无法实施，目前坍体上部情况不明，拱顶有大量的坍方物，必须采用“暗挖”。原设计为大管棚法施工，而大管棚法造价高、机器搬运不便、管棚角度不好控制，经我们反复研究决定采用小导管注浆法。拟定坍方处理的基本原则是：不清坍体，对坍体不扰动，在坍体的下断面堆弃碎石堆成斜坡道，以便稳定坍方体及在上面施工，即：稳定坡脚，采用超前小导管(40mm)注浆封闭坍体施作混凝土护拱后暗挖通过坍体，(小导管注浆封闭坍体后立18#工字钢架，并做150cm厚的C30混凝土护拱支护)如图1所示。
4、坍方处理方法
坍方处理施工坚持“稳坍体、管超前、小进尺、多循环、强支护、少扰动、快封闭、勤量测、速反馈”的原则。
4.1坍体硬化
为了保证坍体的稳定性及方便施工，在坍体表层回填了碎石，掌子面喷射C20混凝土（20cm厚，分三次喷射），拱脚处设一平台，长6m宽6.5m，该平台的作用一是防止坍体继续滑塌，二是为超前小导管注浆、立18#工字钢拱架等提供方便。
4.2坍体混凝土护拱的设置
为了防止在处理坍方过程坍穴掉石块危及施工安全，并为暗挖通过坍体创造条件，根据现场实际，立拱架后需作1.5m厚的护拱。为保证护拱的稳固，混凝土等级采用C30。为确保护拱起到对坍穴腰部支撑的作用，打护拱时在不同的位置不同的角度予埋注浆管，管顶高于护拱的标高。为保证护拱不侵入二衬，施作时预留了10cm的沉降量.为保证其整体性，施作时各工序连续进行，一气呵成。
4.3拱部超前小管棚施工
4.3.1小导管的制作与布置
沿隧道拱部设计轮廓线环向设置超前小导管。超前小导管采用?40mm钢管，将其一端加工成30。左右的圆锥形，管身自圆锥形尖端5m范围内，在四周用电钻钻孔，互成90。，孔径6～8mm，同一面上环向间距3cm，纵向间距30cm，梅花形布置，小导管加工示意图如下：
拱部小导管管长6m，环向间距20cm，外插角16。～20。，纵向相邻两排导管搭接长度不小于2m。边墙的导管管长3m，斜插角70°～75°。
4.3.2小导管的打入方法
小导管采用人工锤击打入，使用时将管套（直径80mm的钢管与12*12cm大小的10mm厚钢板焊接而成）套在小导管上，锤击管套使导管打进。
注浆前用水泥袋绑扎导管口，喷射混凝土封闭坍体，防止浆液沿坍体表面流失。
4.3.3注浆施工
4.3.3.1注浆压力计算
根据注浆处地层深度来估算。注浆压力随注浆深度增加而增大，浅部增加率快，深部增加率慢。
P=ΚН式中 ｐ—设计注浆压力（终压值）Ｍｐａ
Ｈ－注浆处深度， ｍ
Ｋ—由注浆深度确定的压力系数，取值为：０．０３～０．０２８；
４．３．３．２注浆量计算
注浆量受围岩条件、浆液类型、浆液技术水平及围岩裂隙分布各向异性等多种因素影响，因此，计算的注浆量与实际的注入量相差很大，一般通过实验予以校正。设计时可用下式计算：
Ｑ＝Ａｎ１＋式中 Ｑ—总注浆量，ｍ３；
Ａ—注浆范围岩层体积，ｍ３
ｎ—围岩空隙率，％；
—浆液充填系数，一般在０．７～０．９之间；
—注浆材料损耗系数，通常０．１左右；
可把ｎ１＋统称为充填率％，此处的经验数值为２０～４０。
４．３．３．３注浆方式
注浆时采用一台双液注浆泵鹰达牌ＪＺＢ－２型挤压式注浆泵，额定工作压力：３Ｍｐａ出浆量：１．２～１．８ｍ３／ｈ，挤压电机功率：１．２／１．８ＫＮ输送管内径：﹖３８ｍｍ注浆，浆液配置：水泥浆水灰比：１１，水泥浆液与水玻璃体积比为：１０．４～１０．６，水玻璃波美度为Ｂｅ＝３５。
注浆顺序是先由两侧拱脚对称向拱顶注浆，然后由拱脚向边墙注浆，为保证开挖轮廓线外固结坍体有一定的强度，采取间隔注法，每个导管注２～３次，注浆时，先通过１＃管往里注浆（如图１所示），相邻管子管口用木塞堵住，浆液从１＃管输出时填筑１＃管周围一定范围，可通过４＃管观察。然后再经过４＃管往里注浆，施工一段时间后，发现在计算的最大压力下注浆，有浆液从１＃管流出，证明浆液已注满，停止注浆，注浆结束后，用木塞将管口堵住，以防止浆液外流。
４．４坍体开挖
坍体开挖分上、下半断面分部进行，上半断面开挖时先掏两侧的土，后掏中间的核心土，下半断面开挖时，分左右半断面开挖，两边交错进行。
４．４．１上半断面坍体开挖、支护上半断面坍体的开挖采用弧形开挖、保留核心土的方法进行。开挖时严格控制超欠挖，经围岩量测，每循环进尺为８０ｃｍ。弧形开挖完成后，立即进行初期支护，按５０ｃｍ间距架立工字钢拱架，工字钢拱架采用１８＃工字钢加工而成，钢架架立完成３榀后，做混凝土护拱一次。如此循环。
为防止拱架沉降，拱脚纵向铺设１８＃工字钢，铺工字钢之前在其下铺砂夹碎石垫层２０～３０ｃｍ（夯实），给铺设的工字钢沿边墙下方垂直搭接５０ｃｍ长的工字钢 以便和边墙的拱架密切连接。拱部拱架立好后，及时浇筑混凝土将拱脚以上、及纵向铺设的工字钢包住，拱脚上包约５０ｃｍ纵向铺设的工字钢包住为止。如下图所示：
４．４．２下半断面超前小导管及开挖支护施工当上断面开挖支护贯通后，在拱部拱架的拱脚处打锁脚小导管注浆，判定支护稳定的情况下进行下断面开挖，经围岩量测，每循环开挖进尺为１．５ｍ开挖时分左右断面进行，左边断面开挖１．５ｍ时立拱架３榀（间距５０ｃｍ）并作混凝土护拱，然后进行右边断面开挖，两边交错进行。
做完护拱，经设计院勘测隧底有一条近垂直线路的深切溶槽，该段边墙底采用钢轨过梁跨越，隧底取消仰拱，采用钢筋混凝土板跨越。
４．４．３处理坍方过程中的围岩量测
坍方处理阶段要严格进行围岩量测，每隔３ｍ建立一组围岩量测点，在初护完成之后二次衬砌之前，每隔６ｈ量测１次，并将量测结果及时反馈，使围岩活动处于有效监控之下。断面开挖循环进尺根据围岩量测情况随时作适当的调整。
５、成效
渝怀线正阳隧道ＤＩＫ３１０＋３５３～＋３７０段坍方于２００２年１０月３０日开始实施上述坍方处理方案的，用时４３天，１７ｍ坍方顺利处理完毕。实践证明，暗挖法处理隧道坍方安全、成本低、易于操作、时间短，是处理隧道大坍方的一种行之可效的施工方法。
６、体会
６．６．１为控制小导管的外插角在１６。～２０。左右，做了一简易支架，打导管时穿过该支架。
６．６．２因坍方使拱部背后存在较大空隙，初护时预留注浆管，完成初护时注浆密实。
６．６．３为保证初期支护不侵入永久衬砌断面内，施工时采用扩大拱脚的办法予以控制。
（作者：中铁七局三公司）
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